LED显示屏外文翻译.doc

外文翻译基于AT89C52单片机的LED显示屏控制系统的设计摘要本文介绍了基于AT89C52单片机的LED点阵显示屏的软硬件开发过程。利用一个简单的外部电路，控制像素为32 192的显示屏显示。通过动态扫描方式，显示屏显示6个32 32点阵中文汉字。显示屏还可以分为两个小显示屏，显示24个像素为16 16的汉字。我们可以修改汉字代码来更改显示的内容，实现字符的滚动功能，并可以根据需要实现对滚动速度的调整，而且也可实现显示字符的暂停滚动。汉字代码存储在外部数据存储器，内存的容量由我们所需要显示的汉字个数决定。该屏具有体积小，硬件和电路结构简单的优点。关键词：汉字显示，AT89C52单片机1.导言随着LED显示屏不断改善和美化人们的生活环境，LED显示屏已经成为城市亮化，现代化、信息化社会的一项重要标志。在大型购物商场，火车站，码头，地铁，各种管理窗口等，我们经常可以看到LED灯光。LED商业已成为一个快速增长的新兴产业，拥有巨大的市场空间和光明前景。文档，图片，动画和视频通过LED发光显示，而且内容是可以更改的。一些模块化结构的显示设备，通常包括显示模块，控制系统和电源系统。显示模块是由LED管构成的点阵结构，进行发光显示，显示屏可显示文字，图片，视频等。控制系统控制区域里LED的亮灭，电源系统为显示屏提供电压和电流。通过电脑，提取字符字节，并传送到微控制器，然后输送到LED点阵显示屏上显示，大部分室内和室外显示屏都是通过这个方法进行显示的。按显示内容划分，LED点阵屏的显示可以分为图文显示、图像显示和视频显示三部分。与图像显示屏比较，无论是单色或彩色的图文显示屏，都没有灰色色差，因此，图形显示不能反映丰富的色彩。视频显示屏不仅可以显示运动、清晰和全彩的图像，也能显示电视和计算机信号。虽然有三者之间的有一些不同，但显示原理是基本一样的6。单片机具有优良的性价比，尺寸小，可靠性高，控制性能强大，它广泛应用于智能仪器仪表、机电一体化的实时过程控制、机器人、家用电器、模糊控制和通讯系统等。本文描述了LED显示屏设计有关原理，以及对硬件的设计和软件流程进行了详细介绍。最后，我们对整体设计进行仿真并对结果进行了分析。2.系统总体结构的设计根据控制系统的要实现的目标、功能、可靠性、成本，以及精度和速度，选定单片机模块。依据实际问题情况，选择单片机模块主要是从以下两个方面考虑：首先，单片机应具有较强的抗干扰能力，二是单片机具有很高的成本效益。由于MCS - 51单片机在中国广泛使用，具有很多的信息资料，并可以兼容较多的外围芯片，特别是ATMEL公司于2003年推出的新一代微控制器，即89S系列以及高性能和低成本产品AT89C52。 AT89C52单片机是一种低电压，高性能CMOS8位微控制器，该芯片包含8 KB的只读程序存储器（PEROM），它可反复擦除，256字节的随机存取数据存储（RAM），器件采用高密度非易失性内存生产技术，兼容MCS -51指令集和8052产品，而芯片内置通用8位中央处理器（CPU）的闪存存储单元，可应用到更复杂的控制中10。整个系统电路结构，由AT89C52芯片，时钟电路，复位电路，列扫描驱动电路，行驱动电路和六个32 32 LED点阵屏组成。LED显示屏的整体设计结构如图1所示。一个显示单元由点阵模块和两个74HC154组成。行数据信号被分为两部分，由两个8255A决定， 8255A中数据来自AT89C52的P0口。每个字符的列扫描信号由两个74HC154芯片输入，12片74HC154分为六组。74HC154输入信号是AT89C52的P1.0的P1.3口。外部数据存储器6264与AT89C52 P0口相连。3.单片机控制系统电路设计汉字的大小为3232，但单片机有32个I/ O口，并不能满足设计要求，所以I / O端口必须扩展，数据端口的扩展使用两个8255A。数据口扩展如图2所示，74HC373是锁存器，锁存八位低地址，提供6264的低8位地址信号。而6224高八位地址则由端口P2.0P2.4提供。 8255A内部端口地址由A0和A1决定。 74HC139是2-4译码器，其输入信号是单片机的P2.6和P2.7口。它为外部端口设备提供选通信号，因为系统有多个外部设备，须要确保他们能不能选通，并使它们的地址是唯一、不重复的。AT89C52单片机的时钟电路由单片机18，19号引脚端（XTALI和XTAL2），12MHz的晶体振荡器，电容C1和C2组成，采用内部时钟模式。复位电路采用简单的上电复位电路，主要由电阻R1，电容C3构成， 与AT89C52的复位输入引脚端相连。4.显示器存储器单元电路的设计设计中汉字的大小为3232个，每个汉字字符分成四个部分，（a） ，（b），（c）和（d），每部分由四个8 8点阵组成。显示模块电路分解如图3所示。（a）（b）的行信号由两个8255A输入，1PA01PA7和1PB01PB7分别是8255A- 1的 PA和PB口，2PA02PA7和2PB02PB7分别是8255A- 2的PA和PB口，右边的数字代表由74HC154提供的列扫描信号。 16列选通信号由74HC154输入，（a）（d）需要八个信号，所以（a）和（b）共用一个74HC154，（c）和（d）共用一个74HC154。显示一个字符需要两个74HC154提供列扫描信号。当电路工作时，（a）（d）是通过扫描相应选通信号，一次只有一个处在选通状态，而其他列则关闭，显示的数据是由两片8255A同时提供，由于人眼的暂留效应，眼睛会看到一个稳定字符。另外，因为中文字符每个显示需要128个字节的存储空间，但AT89C52单片机芯片内部是只有256字节数据存储器，远远低于设计要求，所以我们扩展了一个88K外部数据存储器6264。5.数据单元电路的设计Intel 8255A是一种通用可编程并行输入/输出接口芯片，具有很强的通用性，可以通过软件设置它的功能。它可以直接通过CPU数据总线连接外部设备，使用方便，灵活。 Intel 8255A接口芯片有三个8位并行输入和输出端口，可用编程方法设置三个端口作为输入端口或输出端口。芯片工作方式有基本输入和输出，选通输入/输出和双向输入/输出。当数据在CPU数据总线传输时，它可以进行选择性无条件转移，查询或中断传输。在Intel 8255A芯片的第三端口，即端口C可以用作数据端口，还可以作为控制端口。当端口C作为一个数据端口，它可用作不仅8位数据端口，但也分别作为两个4位数据端口，端口C每位都可操作，可以设置一个特定的位输入或输出，因此对位的控制提供了方便。显示单元电路的设计中，行数据信号是由两个8255A提供的，如图4所示。设计采用动态扫描方式，通过控制行或列扫描显示汉字。系统使用列扫描控制屏的显示，列扫描电路如图5所示。列扫描电路由12片74HC154组成。2片74HC154控制一个字符显示一个字符32列的选通。74HC154的输入信号为控制显示屏的AT89C52的P1.0的P1.3口，另一片的输入信号则是P1.7P1.4口， 12片 74HC154根据指令工作。 6.串行通信接口电路的设计系统上位机下位机是通过串行通信接口联系。本系统为了实现单片机与PC 机的串行通信功能,将单片机的串行接口的电平转换成RS232C电平标准11。其中计算机的RS232 口输出的电压为12V。考虑到单片机与PC 机的通信距离不远，而且单片机部分只负责接收命令和数据，因此选择计算机与单片机直接相连的最简单接法，计算机TXD端发出的信号传送到通信电路后转化为电流信号，当有信号送进来时就会有电流流经光耦合器中的红外发光二极管，二极管发出光信号投射到光敏三极管，再转换成电信号输到单片机的RXD 端，实现了以光为媒介的电光电信号转换传输，并在电气上是完全隔离的，避免了输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。其原理如图6所示。7.软件的设计整个软件设计分为两大功能块：显示部分和通信部分。显示部分采用动态扫描的方式，实现对显示屏要显示的汉字、字符等数据信息进行传输控制以及显示等功能。与PC 机的实时通信部分主要是利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的实时数据信息传输。通信部分的上位机软件采用Visual Basic 编程，使用VB 在标准串口通信方面提供的具有强大功能的通信控件MSCOMM，该控件可设置串行通信的数据发送和接收，对串口状态及串口通信的信息格式和协议进行设置，直接利用PC机的RS-232/RS-485 串口发送数据。为实现单片机与PC 机的可靠通信，须保证双方具有相同的数据格式和波特率，本设计采用RS-232 通信，一帧10 位的数据格式，9600bit/s 的波特率。（1）汉字显示的原理我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字， 也可以显示在256像素范围内的任何图形。我们以显示汉字“大”为例，来说明其动态扫描原理。由于单片机的总线为8位，一个字需要拆分为2个部分。一般我们把它拆分为上部和下部，如图7所示。上部由816点阵组成， 下部也由816点阵组成。在本例中单片机首先显示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的P00-P07口。方向为P00到P07 ,显示汉字“大”时，P05点亮,由上往下排列，为P0.0 灭，P0.1 灭, P0.2 灭P0.3 灭, P0.4 灭, P0.5 亮,P0.6 灭,P0.7 灭。即二进制00000100，转换为16进制为 04H。上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从P27向P20方向扫描，从上图可以看到，这一列全部为不亮， 即为00000000，16进制则为00H。 然后单片机转向上半部第二列，仍为P05点亮，为00000100，即16进制04H.这一列完成后继续进行下半部分的扫描，P21点亮，为二进制00000010，即16进制02H.依照这个方法，继续进行下面的扫描，一共扫描32个8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为：04H,00H,04H,02H,04H,02H,04H,04H04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H由这个原理可以看出， 无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出它的扫描代码从而显示在屏幕上。不过现在有很多现成的汉字字模生成软件，我们就不必自己去画表格算代码了。软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到我们的程序中即可（2）端口和存储器的地址分配在这个设计中，我们使用了8255A，6264等外部设备，他们的选通控制是不一样的，所以涉及到地址分配问题。在系统地址分配中，8255A的地址为3FFCH3FFFH和7FFCH7FFFH，6264的地址为0A000H0BFFFH是。此外，6264划分为四个区域，每个空间的大小是2K， 相应的地址分别为0A000H0A7FFH，0A800H0AFFFH，0B000H0B7FFH，0B800H0BFFFH。表1和表2是8255A和6264的地址分配。（3）软件流程程序包括初始化，显示程序。其中主程序和子程序流程图如图8和图9所示。字符代码存储在静态存储器6264中，单片机等待信号的输入，即单片机的输入的引脚P3.0。当P3.0电平从低到高，显示程序开始运行。首先，控制字写入8255A控制端口，8255A工作在方式0。控制字写完后，数据将从6264传送到8255A进行显示。数据需要输出四次，因为字符的行宽是32。每行数据的输入和传送都是从高位到低位，数据传送完后，单片机控制行的选通，因此第一列的数据显示出来后，调用延时程序以稳定显示内容。下一列数据可以在延迟程序后读取，下一行也选通，使数据的第二列也显示，依次循环，屏大小为32192，故192行显示综合构成图像。然后，从第一列扫描开始，显示数据的起始地址在原来的基础上向后移。其中有一个地址溢出问题，当数据地址溢出时，它会指定起始地址的地址指针，显示数据内容会不断重复。PC机与单片机的通信如图10所示。利用单片机串口中断接收数据信息，实现与计算机的实时数据信息传输。8.仿真结果及其分析硬件和软件设计完成后，运用用proteus对设计的内容进行仿真，根据仿真的结果对所设计的电路进行修改和优化。Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）7。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。9.电路板的设计和元件的组装考虑到本设计中使用的元件数量不是很多，我们使用单一路径策略，在顶层使用了少量跳线。该电路对元件参数没有严格的要求，只要元件选择正确，无损坏，电路板的制造过程良好。所有的电子元件经焊接正确组装，然后下载程序和调试程序。当电路板板制作完并调试后，20个引脚的集成电路应安装在AT89C52的位置以便微控制器可以从电路板上取下，然后写程序。10.仿真汉字滚动的是通过软件编程实现的，我们看到整个系列的图像是由列